CN103298138B - 一种用于无线移动网络的数据传输控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于无线移动网络的数据传输控制方法，属于无线移动网络。其方案为：接入节点将接收的来自下载移动节点的下载请求、并同其移动信息发送至服务器；服务器基于当前接入节点向下载移动节点传输数据；接入节点记录当前传输进度并上传至服务器；服务器基于收到的下载请求、移动节点的移动信息，在预设范围内选择转发接入节点；并基于下载移动节点的最近传输进度向转发接入节点传输待下载数据；转发接入节点在其通信范围内选择携带转发移动节点，并向其传输下载数据；当携带转发移动节点与下载移动节点进入彼此通信范围时，携带转发移动节点向下载移动节点传输所携带的下载数据。本发明的应用，能效提高接入节点的利用率，传输效率高。

Description

一种用于无线移动网络的数据传输控制方法

技术领域

本发明涉及无线移动网络，特别涉及一种用于无线移动网络的数据传输控制方法。

背景技术

在当前的无线移动网络中，对数据传输控制方法通常专注于移动节点间的数据传输，或者传输路径的优化等，而较少考虑基于对接入节点（AccessPoint，AP）的设置及其与移动节点的数据传输来实现服务器对下载请求大数据的传输，如车载自组织网络中现行的数据传输方式。

车载自组网络是将在一定通信范围内的车辆，车辆与附近固定设施之间构建成一个自组织的、部署方便、费用低廉、结构开放的无线移动网络，处在这一无线移动网络中的车辆可以相互交换各自的车速、位置等信息以及车载传感器感知的数据。当前，车辆间数据的传输方法及其存在的问题，主要体现在以下两点：

（1）利用道路交通流量统计信息，计算路径探测消息在路口的不同方向上的可传递概率，以及消息通过每个路段的延迟，然后在此基础上，评估通过不同路径将消息传递到目的地的延迟，最后，选择延迟最小的路径进行数据传输，但是没有考虑个体车辆在消息传输时的性能差异，所以对数据传输性能存在一定的影响；

（2）数据传输时，假设了在高速公路环境下所有行驶车辆都下载相同的内容，但是由于高速公路道路拓扑十分简单，并且不同车辆下载内容很难一致，因此主要用于车载环境下的文件检索和共享等小数据的传输，而不适用于诸如音视频等的大数据传输。

因此，当某个移动节点需要从服务器请求下载数据时，若仅依赖于现行的移动节点之间的数据传输方式，则无法实现对于大数据的传输；若仅依赖于AP实现对所下载数据的传输，由于AP的覆盖范围有限，大数据的下载时间较长，对移动节点而言，很难在移动的过程中直接从某一个AP完全下载所请求的数据；另外，在大多数情况下AP都是处于空闲状态，直接从某一个AP完全下载所请求的数据的方式使得其AP未能得到有效利用。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种在无线移动网络中，以携带转发方式实现数据传输的方法。

本发明的用于无线移动网络的数据传输控制方法，包括下列步骤：

接入节点将进入其通信范围内的移动节点的移动信息上传至服务器；

当下载移动节点进入接入节点的通信范围时，向接入节点发送下载请求；接入节点将所述下载请求转发至服务器；服务器基于当前接入节点向下载移动节点传输数据；接入节点并记录当前传输进度上传至服务器；

服务器基于收到的下载请求、移动节点的移动信息，在预设范围内选择接入节点作为转发接入节点；并基于下载移动节点的最近传输进度，向所述转发接入节点传输部分下载数据，所述转发接入节点的通信范围内存在移动节点与所述下载移动节点相遇；

服务器在转发接入节点的通信范围内选择移动节点作为携带转发移动节点，并基于所述转发接入节点向携带转发移动节点传输下载数据；当所述携带转发移动节点与下载移动节点进入彼此的通信范围时，携带转发移动节点向下载移动节点传输所携带的下载数据。

本发明的传输控制方法，利用无线移动无线网络中处于空闲状态的接入节点（AP），根据AP覆盖范围内移动节点与下载移动节点相遇的可能性，选择不同的携带转发移动节点通过携带转发方式完成数据传输，以有效提高AP的利用率，提高下载速度。

为了进一步提升对AP的利用率，本发明还包括，接入节点记录其与移动节点之间的传输状态信息并上传至服务器；当携带转发移动节点与下载移动节点离开彼此的通信范围时，携带转发移动节点基于接入节点将其与下载移动节点之间的传输状态信息发送至服务器；所述传输状态信息包括传输起始时间和传输持续时间；

服务器基于转发接入节点通信范围内各移动节点的历史传输状态信息、移动节点的移动信息确定各转发接入节点的传输潜力：

基于移动节点的移动信息确定移动节点与当前下载移动节点的预测相遇次数；

并根据移动节点的历史传输状态信息对每次预测相遇进行匹配，确定实际相遇次数，对每次预测相遇，若满足：当前下载移动节点的最近作用阶段有一个转发阶段相对应，且所对应转发阶段在所述最近作用阶段结束之后结束；所述当前对应转发阶段还有一个携带转发阶段相对应，且所述携带转发阶段在所述最近作用阶段结束之后结束，当前对应转发阶段在对应携带转发阶段结束后的时间T内结束，则匹配成功，定义当前预测相遇为实际相遇；取移动节点的实际相遇次数与预测相遇次数比值为移动节点的相遇概率；

所述作用阶段为下载移动节点与接入节点之间的数据传输过程；转发阶段为下载移动节点与携带转发移动节点之间的数据传输过程；携带转发阶段为携带转发移动节点与转发接入点之间的数据传输过程；

服务器基于所述预测相遇次数和实际相遇次数，确定转发接入节点的传输潜力，并向传输潜力最大的转发接入节点传输部分下载数据，所述传输潜力为转发接入节点通信范围内各移动节点的相遇概率之和。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：利用处于空闲状态的AP，根据AP覆盖范围内移动节点与下载移动节点相遇的可能性，选择不同的携带转发移动节点通过携带转发方式完成数据传输，以有效提高AP的利用率，提高下载速度，提升无线移动网络的便捷性。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是实施例中，服务器和AP的示意图

图2是实施例中，本发明在城市道路环境中数据携带转发携带者选择的示意图

图3是实施例中，本发明在城市道路环境中数据携带转发携带者选择的流程图。

图4是实施例中，下载车辆和携带车辆之间匹配关系示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

在移动无线网络中分布有N个AP，其中N为大于2的整数常量。每个AP存储有自己的地理位置信息，AP为符合802.11a/b/g/p标准的WLAN的无线接入设备，优选的，所有AP之间通过有线网络连接，最终连接到服务器终端。移动无线网络中的各移动节点具备GPS导航系统功能，以确定移动节点的具体位置。

当移动节点a（下载移动节点）进入到某个AP的覆盖范围（通信范围）后，向AP发出下载请求，AP记录移动节点a进入到覆盖范围时的移动信息（包括移动方向、移动速度），移动节点a与AP的传输状态信息（包括稳定传输数据的起始时间t、传输过程持续的时间Δt），以及当前传输进度，并将所记录的信息和下载请求一并转发至服务器。

服务器基于当前接入节点向下载移动节点传输数据，接入节点记录当前传输进度并上传至服务器；

下载车辆离开AP的覆盖范围后，AP将反映下载车辆从该AP下载了多少数据的信息返回给服务器。

服务器接收到AP传来的下载请求后，根据移动节点的移动信息，在预设范围（如在一定的距离范围内，或与服务器的转发设定跳数内等）内选择接入节点作为转发节点，并向转发节点传输待下载数据，由转发节点覆盖范围内的移动节点通过携带转发对应下载数据向移动节a进行传输。当转发接入节点存在多个时，服务器可基于移动节点的移动信息，转发接入节点的网络资源，对待下载数据进行分割，向不同的转发接入节点传输不同部分待下载数据。

为了进一步提高对AP的利用率，还可以进一步对确定的转发节点进行筛选，筛选出传输潜力最大的转发节点并向其传输待下载数据。每个AP都要构建自己的相遇地图，相遇地图的构建，是基于AP记录各移动节点的移动信息、传输状态信息。服务器根据各AP的相遇地图预测AP覆盖范围内的移动节点与下载移动节点相遇的可能性，记移动节点与当前下载移动节点的预测相遇次数为N_o。

定义作用阶段为下载移动节点与接入节点之间的数据传输过程；转发阶段为下载移动节点与携带转发移动节点之间的数据传输过程；携带转发阶段为携带转发移动节点与转发接入点之间的数据传输过程。由于各移动节点在某个AP覆盖范围内可能由于各种原因数据传输过程会被中断，从而产生多个作用阶段，同理可能会有多个转发阶段。

基于AP覆盖范围内的移动节点的历史传输状态信息对每次预测相遇进行匹配，确定实际相遇次数N_c，对每次预测相遇，若同时满足作用阶段和转发阶段匹配、作用阶段和携带作用阶段的匹配，则认为当前预测相遇为实际相遇，其实所涉及的具体匹配规则为：

（1）作用阶段和转发阶段的匹配规则

①作用阶段在转发阶段结束之前结束；

②下载移动节点在每个AP处只有一个作用阶段与转发阶段相对应；

③AP处的作用阶段为最近发生的一个。

（2）转发阶段和携带作用阶段的匹配规则

①作用阶段要在携带作用阶段结束之前结束；

②转发阶段要在携带作用阶段结束后的时间T内结束；

③移动节点在每个AP处只有一个转发阶段与携带作用阶段相对应。

记AP覆盖范围内的移动节点与下载移动节点的相遇概率为P=N_c/N_o，则AP的传输潜力为其覆盖范围内的所有移动节点的相遇概率之和，由此，服务器根据不同AP的传输潜力，筛选出传输潜力最大的AP，并向其传输待下载数据。并由服务器选择该传输潜力最大的转发AP覆盖范围内的某个或某些移动节点作为携带转发移动节点，选择的方式可以是以下三种不同方式：

（1）随机选择

选择AP覆盖范围内任意车辆作为携带转发移动节点，这样能有效利用AP的空闲时间；

（2）相遇概率选择

选择AP覆盖范围内与下载移动节点有相遇可能的移动节点作为携带转发移动节点，这样使得即使很小的相遇概率也能完成携带转发过程，使得数据传输过程更加精确；

（3）相遇概率约束选择

选择AP覆盖范围内与下载移动节点的相遇概率P达到一定值的移动节点作为携带转发移动节点，这样舍弃了部分相遇概率太小的移动节点，进一步增加了传输过程的精确度。

服务器确定携带转发移动节点后，由服务器基于携带转发移动节点的移动信息，决定AP应该将哪一部分数据传输给携带车辆，进而执行携带作用阶段。当携带转发移动节点与下载移动节点进入彼此的通信范围时（下载移动节点与携带转发移动节点相遇），携带转发移动节点向下载移动节点传输所携带的下载数据。在转发作用阶段，若移动节点遭遇网络中断，无法传输数据时，携带转发移动节点应当携带数据包继续移动，直到遇到新的移动节点，再将数据包转发至该移动节点，由其执行携带作用阶段。

若下载移动节点能同时从AP、携带转发移动节点下载所请求的数据，优先从AP下载数据。

最后通过下载移动节点与AP和/或携带转发移动节点作用过程，服务器将全部所请求的下载数据传输到下载移动节点这一过程结束后，下载移动节点对得到的下载数据的完整度进行检查，若下载数据存在缺失，则下载移动节点在进入下一个AP时对缺失的数据向服务器发送请求，然后服务器再通过携带转发过程将缺失的数据传输到下载移动节点，最终使下载移动节点获得完整的下载数据。

本发明中，服务器根据移动节点在AP覆盖范围内的移动信息来判断相应的移动节点能否作为携带转发移动节点，并且预测下载移动节点会经过的AP，从而提前将待下载数据传输到可能经过的AP处，再利用移动节点的移动传递待下载数据，基于携带转发的方式实现无线移动网络内的数据传输。本发明可广泛用于各类无线移动网络中，例如车载自组网络、m2m物联网等、机器人网络等。

实施例1

将本发明应用于车载自组网络，公路边分布有N个AP，AP为符合802.11a/b/g/p标准的WLAN的无线接入设备，每个AP存储有自己的地理位置信息，所有AP之间通过有线网络连接，最终连接到服务器终端。参见图1，图中的三角形表示服务器，周围的圆形表示AP。公路上行驶的车辆安装车载无线通信终端，该车载通信无线终端端口符合802.11a/b/g/p标准，并且该终端具备GPS导航系统功能，能够确定车辆的具体位置。

参见图2，A、B、C是分布在路边的三个车载无线通信终端无线接入点AP，AP处的扇形表示AP的有效覆盖范围，AP之间通过有线网络连接到服务器。道路上车辆的行驶方向如图中箭头所示，车载无线通信终端分别设置了WLAN无线通信设备、GPS导航系统。WLAN无线通信设备与路边AP点建立无线链路，实现无线通信，GPS导航系统为车载无线通信终端提供车辆地理位置信息和车辆所到目的地的预行线路。

参见图3，关于对车辆a所请求的下载数据的传输过程为：

S100：当车辆a进入到APA的覆盖范围内后，车辆a向APA发出下载请求，然后APA将这个请求转发至服务器，同时APA会记录车辆a此时的行驶速度V(a)，车辆a进入APA的覆盖范围内的时间t_a，车辆a与APA持续连接的时间△t_a，这一过程记为P^k _Aa，其中P^k _Aa表示第k次APA向车辆a稳定传输数据的过程；

S200：服务器基于各AP的相遇地图对车辆a的行驶路线进行预测，假设车辆a的行驶路线如图2的车辆a的箭头所示，车辆a在APA的覆盖范围内行驶时会从APA下载部分数据。服务器选定一定范围内的AP，如APB和APC，它们所在区域内的车辆有可能与车辆a相遇，然后服务器会对APB和APC传输潜力的大小进行选择，最终在传输潜力大的AP处选择携带车辆；

S300：一般AP的覆盖范围内有许多可供选择的车辆，为了选择最佳的携带车辆，就要考虑这些与车辆a的相遇概率，从而需要考虑各个阶段之间的匹配性，根据图4的示例来对匹配性进行分析：

如图4所示，第一条时间线表示了车辆a经过APA、B、C时的作用阶段及其时间间隔，第二条时间线表示车辆b经过APD、E时的作用阶段及其时间间隔，最后一条时间线表示车辆a、b的转发阶段及其时间间隔，用f^m _ab表示车辆a与b的第m次转发过程。图中的箭头表示了与之匹配的过程。

a)P¹ _Aa与P¹ _Bb不匹配，因P¹ _Aa结束与P¹ _Bb开始之间的时间间隔大于预设时间间隔T；

b)P² _Aa与P¹ _Bb不匹配，因P¹ _Bb结束时P² _Aa还没结束；

c)P¹ _Ca与P¹ _Bb不匹配，因P² _Ca与P¹ _Ca相比，P² _Ca是车辆a与APC的最近作用阶段；

d)f² _ab与P² _Eb匹配，但是与P¹ _Eb不匹配，因P² _Eb是车辆b与APE的最近作用阶段；

e)f² _ab与P¹ _Bb不匹配，因另外一个转发阶段f¹ _ab已经与P¹ _Bb匹配。

S400：对各阶段之间的匹配性有了判断后，计算出携带车辆和下载车辆的相遇概率P以及不同AP的传输潜力。在传输潜力最大的AP处选择携带车辆：

a)随机选择，随机选择AP覆盖范围内的车辆作为待下载数据的携带车辆；

b)相遇概率选择，选择AP覆盖范围内相遇概率P大于或等于0的车辆作为待下载数据的携带车辆；

c)相遇概率约束选择，选择AP覆盖范围内相遇概率P大于设定值的车辆作为待下载数据的携带车辆。

S500：基于图2的示例，选择APB覆盖范围内的车辆b作为数据携带车辆，当车辆a和车辆b在图2中所示的阴影部分相遇时，则车辆b将其所携带的待下载数据转发给车辆a。

按照上面类似的步骤，APC可能也会有满足条件的车辆与车辆a相遇，然后将部分待下载数据传输给车辆a。最终，车辆a能在行驶的过程中得到所请求的下载数据，并且充分利用了路边的AP。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (6)

1.一种用于无线移动网络的数据传输控制方法，其特征在于，包括下列步骤：

接入节点将进入其通信范围内的移动节点的移动信息上传至服务器；

当下载移动节点进入接入节点的通信范围时，向接入节点发送下载请求；接入节点将所述下载请求转发至服务器；服务器基于当前接入节点向下载移动节点传输数据；接入节点记录当前传输进度和传输状态信息并上传至服务器，所述传输状态信息包括稳定传输起始时间和传输持续时间；服务器基于收到的下载请求、移动节点的移动信息，在预设范围内选择接入节点作为转发接入节点；并基于下载移动节点的最近传输进度，向所述转发接入节点传输待下载数据，所述转发接入节点的通信范围内存在移动节点与所述下载移动节点相遇；当转发接入节点存在多个时，服务器基于移动节点的移动信息，转发接入节点的网络资源，对待下载数据进行分割，向不同的转发接入节点传输不同部分待下载数据；服务器在转发接入节点的通信范围内选择移动节点作为携带转发移动节点，并基于所述转发接入节点向携带转发移动节点传输下载数据；当所述携带转发移动节点与下载移动节点进入彼此的通信范围时，携带转发移动节点向下载移动节点传输所携带的下载数据。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括，当携带转发移动节点与下载移动节点离开彼此的通信范围时，携带转发移动节点基于接入节点将其与下载移动节点之间的传输状态信息发送至服务器；服务器基于转发接入节点通信范围内各移动节点的历史传输状态信息、移动节点的移动信息确定各转发接入节点的传输潜力：

基于移动节点的移动信息确定移动节点与当前下载移动节点的预测相遇次数；

并根据移动节点的历史传输状态信息对每次预测相遇进行匹配，确定实际相遇次数：对每次预测相遇，若同时满足作用阶段和转发阶段匹配、作用阶段和携带作用阶段匹配，则定义当前预测相遇为实际相遇；其中，作用阶段和转发阶段匹配为：作用阶段在转发阶段结束之前结束，且下载移动节点在每个接入节点处只有一个作用阶段与转发阶段相对应，且当前接入节点处的作用阶段为最近发生的一个；作用阶段和携带作用阶段匹配为：作用阶段在携带作用阶段结束之前结束，且转发阶段在携带作用阶段结束后的时间T内结束；移动节点在每接入节点处只有一个转发阶段与携带作用阶段相对应；所述作用阶段为下载移动节点与接入节点之间的数据传输过程；转发阶段为下载移动节点与携带转发移动节点之间的数据传输过程；携带转发阶段为携带转发移动节点与转发接入节点之间的数据传输过程；

取移动节点的实际相遇次数与预测相遇次数的比值为移动节点的相遇概率；

取转发接入节点通信范围内各移动节点的相遇概率之和为转发接入节点的传输潜力；

服务器向传输潜力最大的转发接入节点传输部分下载数据。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，随机选择转发接入节点的通信范围内的移动节点作为携带转发移动节点。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，选择转发接入节点的通信范围内相遇概率大于n的移动节点作为携带转发移动节点，所述n大于等于零。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述接入节点之间采用有线连接到服务器。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述移动节点为具备GPS导航系统功能的车辆。